梁恒國， 方小軍， 方振東， 周從直， 趙廣健， 官舉德
(重慶后勤工程學院軍事建筑與環境工程系，重慶400041)

　　摘 要： 介紹了用電凝聚法去除珊瑚島地下水中有機污染物的試驗研究。結果表明，當電極板間距為5 mm、電流密度為20A/m²、停留時間為100 s左右時，處理后出水的色度＜10倍、濁度＜2.8 NTU；此外，還研究了不同電極板形式對處理效果的影響，發現折板形電極板優于平板形的處理效果。
　　關鍵詞： 電凝聚；珊瑚島地下水； 折板形電極板
　　中圖分類號：TU991.27
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)01-0054-03

　　淡水透鏡體(俗稱島水)是珊瑚島寶貴的地下淡水資源。我國西沙群島由30多個珊瑚島礁組成，有較豐富的淡水資源，但因受枯枝、爛葉的污染，地下水富含腐殖質等有機物。水質分析結果表明，島水的一般化學指標、毒理學指標絕大多數在飲用水水質要求范圍內，但色度嚴重超標、有異味，不能直接飲用［1］。
　　處理島水的關鍵是脫色、除臭，傳統的加藥混凝方法較難去除溶解性有機物產生的色度和氣味，且投藥量特別大。電凝聚法作為一種新的凝聚法有著比化學凝聚法更好的處理效果，能有效去除有機物；同時，不需投加藥劑，省去了混凝劑的運輸、儲存、溶解、配制、計量、投加等一系列的工序和設備，設施簡單、操作方便，且不會增加水中額外陰離子(如SO₄^2-、Cl^-)的殘留和積累^［2］。
　　在分析、觀察常規電凝聚器的電極板(一般采用平板)后發現，由于極板間的水流為層流狀態(水流擾動不強烈)，因此電解產物與水混合不充分、水解反應不完全，致使處理效果較差。為改變水流狀態，提出將常規的平板電極改為折板電極。試驗研究了電極板間距(d)、電流密度(IF)、水在電極板間的停留時間(T)對島水中有機物去除效果的影響，同時對折板和平板的處理效果進行了對比分析。

1 試驗內容及方法

1.1 原水水質
　　水源水為西沙永興島大口井水，經檢測原水濁度約為4 NTU、色度約為45倍、有異味，該水源在島上有一定的代表性。
1.2 試驗裝置和儀器
　　試驗的主要裝置和儀器：電凝聚器、攪拌機、潛水泵、GDS—3型光電式濁度儀、比色管等，其中電凝聚器主要由電解槽、電極板和交直流變電柜組成。電極板陽極采用純鋁板，厚為3mm、彎折角度為90°、彎折邊長為20 mm；陰極采用不銹鋼板，厚為0.8 mm，每塊有效面積為0.55m²。
1.3 試驗方法
　　在不同d、IF、T的工況條件下，島水流經電凝聚器，出水用可變速攪拌機攪拌后沉淀15 min，取上清液測定其濁度、色度、pH值，試驗工藝流程見圖1。

2 試驗結果分析

2.1 主要影響因素
　　在采用電凝聚法時，原水的pH值、溫度、濁度、色度、水流在電極板表面的流動速度及停留時間、電極板間距、電流密度、電壓等因素都對凈化效果有很大影響。下面重點分析電極板間距、停留時間、電流密度3個主要因素對凈化效果的影響。
　　采用正交試驗，選定上述3個控制因素，每個因素取3個水平，做9組試驗，制成正交試驗表L9(33)見表1，結果分析見表2。

表1 正交試驗數據表 序號 工況d/T/IF(mm/s/A·m^-2) 電壓(V) 濁度(NTU) 色度(倍) 1 5/60/10 2.0 7.8 20 2 5/75/20 3.8 3.8 10 3 5/90/30 4.1 0.4 5 4 10/60/20 3.8 7.0 17 5 10/75/30 4.1 5.0 10 6 10/90/10 2.2 6.0 15 7 15/60/30 5.8 6.5 20 8 15/75/10 3.2 5.2 15 9 15/90/20 4.0 3.8 12

表2 正交試驗的直觀分析表 Kij d T I_F 濁度 色度 濁度 色度 濁度 色度 K1j 12 35 23.3 37 19 50 K2j 18 42 16 35 14.6 39 K3j 15.5 49 11.2 32 11.9 35 K1j 4 11.7 7.8 19 6.3 16.7 K2j 6 14 4.3 11.7 4.9 13 K3j 5.2 16.3 3.7 10.7 3.6 11.7 Rj2 2 4.6 4.1 8.3 2.6 5

　　表2中，Kij表示第j列中對應水平i的試驗數據之和(i=1,2,3)，Kij=13·∑Kij，i=1,2,3；極差Rj=max(K1j，K2j，K3j)-min(K1j，K2j，K3j)，Rj越大 表明相應的因子對試驗效果影響越大，也越重要。由表1、2可以得出以下結論：
　　① 由Rj值的大小知各因子的重要性依次為停留時間、電流密度、電極板間距。
　　② 因為試驗要求濁度、色度越低越好，由最小K1j、K2 j、K3j的相應的各因子水平得出最優工藝條件：
　　a.d為5 mm。當d=15 mm時，出水濁度相差不大，但色度相差較大；當d＜5 mm時，該裝置加工困難且易堵塞，所以最優電極板間距為5 mm。
　　b.T為90 s。此時出水濁度、色度都明顯低于前兩個水平，但T=90 s在試驗的邊界點上。為尋求最佳的停留時間，需擴大試驗范圍(見2.2節)。
　　c.IF為20A/m²。當IF=30A/m²時的出水濁度、色度都低于IF=20 A/m²的水平，但效果相差不大。當電流密度增大時耗電量增大，而電費是電凝聚法運行費用的主要部分，有時可達50%以上^［3］。另外，當電流密度增大時，電極板易結垢，影響電凝聚的正常運行。
　　當d=5 mm、T=90 s、IF=20A/m²時，原水經電凝聚法處理后上清液的濁度為2.8 NTU、色度為10倍。
2.2 T對去除效果的影響
　　由正交試驗的結果知T為最重要的影響因子，當d=5 mm、IF=20A/m²時，不同停留時間的上清液濁度、色度情況見圖2。

　　由圖2可知，隨著停留時間的增加，上清液的濁度、色度逐漸減小，但T＞120s時，上清液的濁度及色度的下降趨勢明顯變緩。處理水質達到國家飲用水標準時(此時T約為100s)，過分地延長停留時間則會降低電凝聚器的處理表面負荷，因此最佳停留時間應為100 s左右。
2.3 不同形式電極板的對比試驗
　　 將電極板由平板改為折板，當其他參數不變且d為5 mm、IF分別為20、30A/m²時，在不同停留時間下的試驗結果見表3。

表3 不同形式電極板的對比試驗結果 IF(A/m²) T(s) 折板 平板 濁度(NTU) 色度(倍) 濁度(NTU) 色度(倍) 20 60 5.4 20 6.8 24 75 3.8 10 6.7 20 90 2.4 7 3.6 13 30 60 1.9 10 4.8 17 75 1.0 7 3.2 12 90 0.4 5 2.3 10

　　試驗結果表明，在相同的條件下折板的處理效果明顯優于平板。這是由于采用折板時增加了電解槽極板間水流的擾動，速度梯度增大，有利于電解產物與水均勻混合而發生水解反應，提高了電凝聚的效果。

3 結論

　　① 電凝聚法能有效去除珊瑚島地下水中的有機物，處理后水的色度和濁度滿足國家生活飲用水水質標準。
　　② 影響電凝聚效果的主要因素中，其影響力大小依次為水流停留時間、電流密度、電極板間距。在電極板間距為5 mm、停留時間為100 s左右、電流密度為20A/m²時，試驗效果最優，出水的色度＜10倍、濁度＜2.8 NTU。
　　③ 在相同運行參數的條件下，島水經折板式電凝聚器處理后，出水的濁度和色度均優于平板式電凝聚器。

參考文獻：

　　［1］馬穎,周從直,梁恒國，等.珊瑚島礁地下淡水有機物去除實驗研究［J］.后勤工程學院學報,2000,(3):1-5.
　　［2］馬志毅,劉瑞強.電凝聚對懸浮物和有機物去除功效的試驗研究［J］.給水排水,1998,24(11):37-41.
　　［3］ 陳雪明.電凝聚能耗分析與節能措施［J］.水處理技術,1997,23(3):165-168.

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　　收稿日期：2001-07-26